DE1943058A1

DE1943058A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Korpuskularstrahls sowie Verfahren zum Schneiden von Gestein mit Hilfe eines solchen Korpuskularstrahls

Info

Publication number: DE1943058A1
Application number: DE19691943058
Authority: DE
Inventors: Lacroix Robert E; Shoupp William E; Schumacher Berthold W
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-08-30
Filing date: 1969-08-25
Publication date: 1970-03-19
Also published as: DE1943058C3; US3556600A; GB1284454A; GB1284561A; FR2016695A1; FR2016694A1; DE1943058B2

Description

DiPL ing KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Dusse'dorf 1 Schadow platz Q

1343058

.Düsseldorf, 22. Aug. 1969

39,914-A
6972

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Vorrichtung zur Erzeugung eines Korpuskularstrahls sowie Verfahren zum Schneiden von Gestein mit Hilfe eines solchen Korpuskularstrahls

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Korpuskularstrahls in der Atmosphäre, der sich zur Einwirkung auf ein Werkstück wie eine Gesteinsformation eignet, um Löcher zu bohren oder sonstige beispielsweise tunnelartige Ausnehmungen in Gestein herstellen zu können. Dabei wird von der Vorrichtung ein Korpuskularstrahl zum Schneiden von Gestein in die Atmosphäre ausgesandt.

Die US-Patentschrift Nr. 2 899 556 beschreibt einen Abschnitt zur übertragung des Korpuskularstrahls in die Atmosphäre, der aus unterschiedlich gepumpten Zwischenkammern besteht, die mit Hilfe von Wänden mit kleinen Öffnungen voneinander getrennt sind, durch die der Strahl von einer Kammer zur nächsten und schließlich in die Atmosphäre gelangt. Die Öffnung, durch die der Strahl in die Atmosphäre austritt, liegt in einer Platte mit einem typischen Durchmesserwert von etwa 10 cm. Mit der hinter der Öffnung, durch die der Strahl in die Atmosphäre austritt, angeordneten Pumpkam mer ist typischerweise eine Vakuumleitung mit einem Querschnitt von etwa 6,5 χ 2,5 cm verbunden. Dieser große Querschnitt der Vakuumleitung ist erforderlich, um die erste der unterschiedlich ge pumpten Kammern entgegen der Einwirkung von Gas von der Öffnung aus, durch die der Strahl in die Atmosphäre austritt, wirksam

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evakuieren zu können. Mit einer kleineren Vakuumleitimg läßt eine wirksame Evakuierung sich einfach nicht erzielen. Aufgrund dieser Anforderungen hat der Kopf dieser Vorrichtung einen Gesamtdurchmesser von mindestens 12,5 - 15 cm. Wenn man eine gewisse Verringerung des Pumpwirkungsgrades in Kauf nimmt, so kann eine zu der Strahlaustrittsöffnung konzentrische Pumpleitung vorgesehen werden, aber auch dann bleibt der minimale Durchmesser des Strahlausgangssystems immer noch über 5 cm groß. Die Gesamtlänge der konzentrisch gepumpten Strahlausgangsanordnung kann 30 oder 60 cm ohne eine erhebliche Vergrößerung des Durchmessers nicht P übersteigen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher einmal die Schaffung einer zur Aussendung eines Korpuskularstrahls in die Atmosphäre geeigneten Vorrichtung, deren Durchmesser so klein, deren Länge an und von der Stelle der Öffnung für den Austritt des Strahls in die Atmosphäre so groß ist und die einen so scharfen Strahl erzeugt, daß sie sich in besonders günstiger Weise zur Durchführung von Schneid-, Zerkleinerungs- oder Brecharbeiten innerhalb des Werkstückes auch an einer Stelle verwenden läßt, die verhältnismäßig tief unter der Oberfläche liegt, an der die Vorrichtung nach der Erfindung auf das Werkstück einwirkt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zur Einwirkung auf ein Werkstück geeigneten Korpuskularstrahls in der Atmosphäre, mit einer ein Strahlerzeugungssystem, das an seinem einen Ende eine Öffnung für den Durchgang des Strahls in die Atmosphäre und zu dem Werkstück hin aufweist, aufnehmenden Vakuumkammer erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß dem Korpuskularstrahl ein Flud zugeordnet ist, das sich mit hoher Geschwindigkeit längs des durch die Öffnung austretenden und auf das Werkstück einwirkenden Korpuskularstrahls fortbewegt.

Dieses Flud erzeugt an der Austrittsöffnung eine Saugstrahlpumpenwirkung. Der FIudstrom saugt das Gas an der Öffnung und um die Öffnung herum an und schafft dabei ein erhebliches Teilvakuum, durch das der Korpuskularstrahl mit nur einem Minimum an Ab-

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Schwächung (attenuation) hindurchtreten kann. Der Aufbau für den Strahlausgang weist ein Rohr auf, durch das der Strahl hindurchgeht und das durch einen oder mehrere ringförmige, zur Führung des Fludes dienende Kanäle umgeben ist. Das Rohr und dLe Fludkanä-Ie können zusammen einen Durchmesser von bis zu 12 mm herab haben. Innerhalb dieses Aufbaus pflanzt sich der Strahl durch einen Driftraum fort, der ohne eine Durchmesserzunahme eine Länge von mehreren Dezimetern haben kann. Dieser Aufbau kann mit seiner ganzen Länge in eine in dem Werkstück vorgesehene öffnung eingesetzt werden, 'die zunächst mit Hilfe des Strahles ausgebohrt worden ist und einen. Querschnitt von nicht wesentlich mehr als 1,5 -

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6 cm haben kann. Als Flud kommt bevorzugt Wasser infrage, das mit einer Geschwindigkeit von 0,1 - 10 1/sec bei einem Druck von 1 - 10 atü zugeführt wird. Wo die Fludkanäle konzentrisch ausgebildet sind, kann als inneres Flud Dampf mit einem Druck von 0,2 - 10 atü verwendet werden, der mit einer Geschwindigkeit von etwa 22 - 450 p/soc (O,Ci - 1 pound per second) zugeführt wird. Das äußere Flud kann wie vorstehend ausgeführt Wasser sein. Für das innere Flud kommt ebenfalls ein brennbarer Stoff wie Methan, Azetylen, Äthylen, Benzin oder Wasserstoff infrage, während das äußere Flud Sauerstoff sein kann. In diesem Fall wird der Stoff entzündet und verringert dann den Druck an der Austrittsstelle nicht nur durch Saugstrahlwirkung, sondern auch durch Aufheizung des Gases. Ferner kann das Flud auch ein elektrisches Plasmagas sein.

Bei Ausschachtungsarbeiten in Verbindung mit der Erstellung von Tunneln oder für Fundamente bereiten die dabei anzutreffenden massiven Gesteinsformationen ernsthafte Schwierigkeiten. Es ist notwendig, durch diese Steinformationen zu schneiden, jedoch ist dies mit den zur Verfügung stehenden gewöhnlichen Erdarbeitsgeräten mit einem annehmbaren Arbeitskostenaufwand nicht ohne weiteres möglich. Bekanntlich werden derartige steinige oder felsige Formationen zunächst durch Explosionen zerstört, wobei das dabei entstandene Geröll mittels der verfügbaren Erdbewegungsgeräte entfernt wird. Solche Explosionen stellen nicht nur allgemein eine Gefahr dar, sondern weisen sich auch insofern als nach-

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teilig, als ihre Zerstörungswirkung sich nicht auf die Zerstörung der felsigen oder steinigen Formationen beschränkt, sondern davon auch Häuser und sonstige Gebäude innerhalb eines Umkreises von mindestens 800 m bis 1600 m von der Explosionsstelle aus betroffen werden.

Die Ausschachtungsarbeiten lassen sich auch durch mechanisches Schneiden und Bohren ausführen. Jedoch ist das Schneiden oder Bohren von Gestein mit Hilfe mechanischer Schneidvorrichtungen kostspielig, was ebenfalls für die Verwendung sogenannter Strahlflammen (jet flames) gilt. Einige Gesteinsarten besitzen nur eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber Sprüngen infolge thermischer Beanspruchung, so daß sie sich auf thermischem Wege brechen oder zumindest schwächen lassen. Beispielsweise können Strahlflammen gegen die Oberfläche des Gesteins gerichtet werden, so daß das Gestein infolge der Wärmespannungen springt oder platzt, wobei kleine Splitter und schuppenartige Stücke von der erhitzten Fläche abspringen. Dies ist normalerweise der Fall, wenn einige kristalline Komponenten des Steingefüges bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur einen Phasenübergang erfahren und wo dieser Phasenübergang mit einer erheblichen Änderung des spezifischen Volumens verknüpft ist. In der Praxis ist ein solches Verfahren unter dem Namen "Linde-Strahldurchbohrung¹· ("Linde Jet Piercing") allgemein bekannt» Dieses Strahldurchbohrverfahren hat sich als wirtschaftlich interessant für das Schneiden und Bohren harten Gesteins wie Jaspis und Takonit erwiesen.

Die für die thermische Beanspruchung und das Brechen des Gesteins verwendete Strahlflamme wird durch ein Gemisch von Sauerstoff mit verschiedenen herkömmlichen Brennstoffen wie Methan, Kerosin oder Öl erhalten. Es wurde gefunden, daß eine nur mit Luft gespeiste Flamme nicht heiß genug ist, um den Anforderungen zu genügen. Ebenso wurde gefunden, daß bestimmte Gesteinsarten der Einwirkung dieser Flamme widerstehen, selbst wenn zur Verbrennung des Brennstoffes Sauerstoff herangezogen wird.

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Das vorstehend erwähnte Strahlflammen-Verfahren zum Schneiden von Gestein bringt es mit sich, daß die von der Flamme abgegebene Hitze durch Wärmeleitung in das Gestein eindringt. Infolge der chemischen Zersetzung des Gesteins bei höheren Temperaturen entstehen Reaktionsprodukte, die gute Wärmeisolatoren darstellen und außerdem gegenüber der von der Flamme abgegebenen Wärmestrahlung undurchlässig sind, so daß das Strahldurchbohrverfahren seine Wirksamkeit verliert. Durch die von den Reaktionsprodukten ausgeübte isolierende und Strahlungsblockierende Wirkung wird der Fortpflanzung der Hitze auf Strahlungs- oder Wärraeleltungsbasis eine natürliche Grenze gesetzt. Diese blockierende Wirkung setzt aber auch der durch Bohrung von Gestein mit Laserimpulsen, deren Einsatz in jüngerer Zeit in Betracht gezogen worden ist, eine natürliche Grenze. In diesem Fall wird das durch das von der Oberfläche verdampfte Material erzeugte Plasma gerade für die die Energie führende Strahlung undurchlässig, d. h. ein schwarzer Körper. Der weitere Energietransport zu tieferen Schichten des behandelten Gesteins hängt wiederum nur von der Wärmeleitung ab, der die thermisch isolierenden Reaktionsprodukte entgegenstehen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es weiter, die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Verfahren zur Durchführung von Ausschachtungsarbeiten auch in felshaltigern Gelände zu schaffen, das nur ein Minimum an Sprengarbeiten mit Hilfe von Explosionsstoffen erfordert, um die Gesteinsformationen oder -massen zu zerstören,und das auch nicht die

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Nachteile der / zung durch Strahlflammen oder Laserstrahlen besitzt.

Zur Lösung dieser weiteren Aufgabe ist ein Verfahren zum Schneiden von Gestein in Verbindung mit einem von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Korpuskularstrahl in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Korpuskularstrahl und ein zugeordnetes Flud durch die Öffnung auf die Gesteinsoberfläche gerichtet werden.

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Diese Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Energieübertragung an einen Festkörper ohne Zuhilfenahme von Wärmeübertragung erfolgen kann, wenn dieser Festkörper mit Korpuskularteilchen bombardiert wird. Elektronen- oder Ionenstrahlen können zwei Zwecken dienen, nämlich einmal (a) Gestein auf thermischer Basis durch Zufuhr von Verkleinerungsenergie mit Hilfe eines Elektronenoder Ionenstrahls zu erhitzen und zu zerkleinern und (b) das Gestein in der Weise abzutragen, daß durch Vorgänge, die sich etwa als chemische Strahlungsvorgänge bezeichnen lassen, die Molekularstruktur des Gesteins durch Korpuskularbombardement aufgebrochen wird.

Dementsprechend werden massive felsige Gebilde durch Beaufschlagen der Gesteinsoberfläche mittels eines Korpuskularstrahls hoher Energiedichte zerstört, der einen solchen Strahl erzeugt und in die Atmosphäre aussendet. Der Strahl kann von einem Elektronen-

fi 2 strahl gebildet sein, dessen Energiekonzentration 10 W/cm übersteigt und Teilchenenergien in der Größenordnung von 100 kV bis 500 kV aufweist. Ein Strahl mit Partikeln sehr viel höherer Energie, die mit 1 Million bis 100 Millionen V beschleunigt worden sind, läßt sich ebenfalls mit Vorteil einsetzen, Zur Erzeugung eines solhen Strahls können ein Marxscher Spannungsgenerator, ein Van-de-Graff-Generator, ein Betatron oder ein Dynamitron verwendet werden.

Typischerweise wird gegen die Gesteinsoberfläche ein Elektronenstrahl gerichtet, der sowohl eine hohe Energie als auch eine hohe Energiedichte aufweist. Die hohe kinetische Energie der Elektronen läßt diese bis zu einer gewissen Tiefe in das Gestein eindringen und dann d ort ihre Energie an die Atome und Moleküle des Gesteins abgeben. Das verursacht eine extrem hohe, lokale Aufheizung, die zum Schmelzen oder sogar zur Sublimierung und Verdampfung des Gesteinsmaterials führt. Eine solche Verdampfung erfolgt insbesondere längs der Achse des Strahls, solange der Strahl begrenzt bleibt oder, mit anderen Worten, solange die Energiedichte des Strahls infolge Streuung in dem Dampf oder infolge einer anfänglichen Strahlaufweitung nicht zu weit herabgesetzt ist. Ein

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kleiner Offnungswinkel für den Strahl von etwa 1/2 - 5 Grad ist daher für das vorliegende Anwendungsgebiet ebenso wünschenswert wie eine hohe Energiedichte.

Die Erfindung beruht weiter auf der Erkenntnis, daß in Stoffe iff ■ ι iCUi-IrOr Atomzahl wie Gestein oder Wasser die Strahlstreuung gering bleibt und in den meisten Fällen auch die Wärmeleitung niedrig Hegt, so daß der Strahl längs seines Pfades leicht einen überhitzten Dampfkanal erzeugen kann. Der Strahl dringt daher in Wasser oder Gestein ein und reicht somit viel tiefer als (bei Annahme gleicher Strahlenergie) in Metallen. Daraus resultiert, daß der größere Teil der Strahlenergie mit hoher Energiedichte bis zum inneren Ende dieses Dampfkanals dringt, d. h. bis zu einer Tiefe von mehreren Zentimetern (several inches) unter der Geeteinsoberflache.

In der Praxis kann der Korpuskularstrahl hoher Energie und hoher Dichte auch zum Zertrennen eines Gesteinsblocks oder einer Gesteinsplatte in mehrere Abschnitte dienen. Das Verfahren hat sich als in hohem Maße wirksam und erfolgreich erwiesen, indem Elektronenstrahlen hoher Leistung von insgesamt 5-10 kW auf verschiedene Sorten von Gestein und Beton gerichtet wurden. Beispielsweise konnte mit Hilfe des 5 kW-Strahls durch eine 2,5 cm dicke Betonplatte mit einer Geschwindigkeit von annähernd 15 cm/min hindurchgeschnitten werden. Wenn das. Stück dagegen dicker als 2,5 cm ist, so läßt sich mit dem 5 kW-Strahl einsauberer Schnitt nicht mehr erzielen, aber trotzdem kann auch ein mehrere Zentimeter (several inches) starkes Stück leicht längs der Schnittlinie des Elektronenstrahls gebrochen werden, obwohl die Eindringtiefe beispielsweise nur 2,5 cm beträgt.

Die Zerstörung oder Zerkleinerung von Gestein kann auch dadurch erfolgen, daß ein stationärer Strahl gegen lie Gesteinsoberfläche gerichtet wird. Als ein typischer Wert wurde ermittelt, daß ein etwa 30 see lang stationär gehaltener 9 kW-Strahl in Sandstein ein Loch bohrt, das 7,5 cm tief ist, etwa Birnenform hat und dessen größter Durchmesser etwa 15 mm (5/8") beträgt.

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Der Strahl pflanzt sich in einem selbstgeschaffenen engen überhitzten Dampfkanal bis zu einer Tiefe von mehreren Zentimetern (several inches) fort, und der Hauptanteil der Strahlenergie wird erst abgegeben, wenn und wo der Strahl sich ausbreitet, d. h. am inneren Ende des Dampfkanals, was von besonderem Vorteil im Hinblick auf thermisches Sprengen ist. Die Hitze wird mehrere Zentimeter unterhalb der Oberfläche zugeführt, so daß die durch Wärmespannungen hervorgerufene Wirkung eine Verstärkung erfährt.

Wie bereits angedeutet, kann anstelle eines Elektronenstrahles ψ ein Ionenstrahl verwendet werden. Der Vorteil eines Ionenstrahls ist in der verringerten Intensität zu sehen, mit der Röntgenstrahlung selbst bei einem Strahl hoher Energie erzeugt wird. Es ist möglich, Gestein mit einem Ionenstrahlerzeugungssystem zu schneiden, das in geeigneter Weise mit entsprechenden Stufen für die Überführung des Strahls auf atmosphärischen Druck ausgestattet ist, ohne eine Röntgenstrahlenabschirmung verwenden zu müssen; eine verhältnismäßig leichte Blei-/Gummischürze für die Bedienungsperson stellt die ganze erforderliche Abschirmung dar. Praktisch und wirtschaftlich gesehen stellt dies einen erheblichen Vorteil für ein frei im Gelände bewegliches Strahlerzeugungssystem zum Schneiden von Gestein dar.

' Bei allen folgenden Betrachtungen ist davon auszugehen, daß der Begriff Elektronenstrahlerzeugungssystem gleichzeitig auch die mögliche Verwendung von lonenstrahlerzeugungssystemen umfaßt.

In Verbindung mit der Schaffung dieser Erfindung wurde erkannt, daß die Energie-Wechselwirkung zwischen demGestein und dem Korpuskularstrahl sich von der Energiezufuhr durch thermische Strahlung oder den physikalischen Vorgängen der Explosion unterscheidet und auch nicht den damit zusammenhängenden Beschränkungen unterliegt. Auf die Gesteinsöberflache einwirkende Wärmeenergie führt zur Abgabe von Dämpfen der zerfallenden Produkte, beispielsweise von Wasserdampf, der durch absorbiertes Wasser oder durch die Freigabe des chemisch gebundenen sogenannten Kristallwassers erzeugt wird. Wenn diese Verdampfung stärker wird, führt sie zu

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einer Blaswirkung, so daß eine Flamme oder ein anderes Heizmedium aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt würde; wenn der Dampf mit Staub und den Durchtritt von Licht- oder Wärmestrahlung verhindernden Partikeln gemischt wird, so bildet dieser Dampf eine wirksame Sperre, die die darunterliegenden Gesteinsschichten vor der Einwirkung der von der Flamme oder durch Wärmestrahlung abgegebenen Wärme schützt. Dies ist nicht der Fall, wenn die Energiezufuhr mittels eines Elektronen- oder Ionenstrahls erfolgt. Der Partikelstrahl überträgt seine Ernergie an den von ihm beaufschlagten Stoff proportional zu der Flächendichte dieses Stoffes,

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wie sie beispielsweise in g/cm ausgedrückt werden kann. Es ist dabei unerheblich, ob es sich bei diesem Stoff um ein Gas, um Dampf oder einen Feststoff handelt. Beim Durchgang durch die vorstehend erwähnte, von der Gesteinsoberfläche ausgehende Dampfschicht verliert der Partikel- oder Korpuskularstrahl nur einen kleinen Bruchteil seiner Energie in dieser Dampfzone, während der überwiegende Teil der Energie weiter auf den darunter befindlichen Feststoff einwirkt. Beim Eindringen der Partikel in den Feststoff handelt es sich um einen Vorgang, der in keinerlei Zusammenhang mit Wärmeleitung oder Explosion steht. Die Energiedurchdringung kann schneller stattfinden, als wenn die Energie durch Wärmeleitung übertragen werden müßte. Ebenso bleibt es ohne Bedeutung, ob sich die Parameter für die Wärmeleitung bei der Dampfbildung ändern oder nicht. Alle von dem Dampf hervorgerufenen hydrodynamischen Wirkungen, die beispielsweise die weiter oben erwähnte Flamme beeinträchtigen, bleiben bei Energiezuführung durch Kox'pusku lar strahlen ohne Einfluß. Die Geschwindigkeit der Korpuskularteilchen in einem Elektronen- oder Ionenstrahl ist so hoch, daß aerodynamische Erscheinungen wie Turbulenz des Dampfes ebenfalls zu keiner Beeinflussung des Strahles bzw. des Energieflusses in dem Strahl führen können. Tatsächlich scheint der Dampf, insbesondere der durch das häufig in dem Gestein, dem Beton oder anderem Material vorhandene Wasser hervorgerufene Dampf bei seinem heftigen Verlassen des Bombardierungsgebietes dazu beizutragen, die schwereren Bestandteile des zerkleinerten Gesteins zu entfernen und damit den Arbeitsablauf erheblich zu unterstützen.

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Die thermischen Eigenschaften des Gesteins üben auf die von einem Korpuskularstrahl erzeugte Wärmeenergie und daher auch auf den von einem Korpuskularstrahl hervorgerufenen Schmelz- und Verdampfungsprozeß einen sehr kleinen Einfluß aus. Die erforderliche Schmelztemperatur bestimmt teilweise die für eine bestimmte Schnittgeschwindigkeit benötigte Gesamtenergie. Der Korpuskularstrahl kann, da er durch keine hydrodynamischen Vorgänge beeinträchtigt wird, eine viel höhere Energiedichte als beispielsweise eine Strahlflamme (jet flame) aufrechterhalten. Er kann daher ,jede Art von Gestein verdampfen und sich selbst einfach auf der P Verdampfungsbasis allein in das Gestein bohren. In vielen Fällen erfährt dieser Bohrvorgang durch weiteres Platzen undSpringen des Gesteins in der wärmebeaufschlagten Zone eine Beschleunigung. .

Dieses günstige Verhalten von Korpuskularstrahlen im Vergleich zu Flammen zeigt sich auch dann, wenn die Quelle für den Dampf, der eine Erwärmung mittels Flammen verhindern kann, nicht allein durch chemischen Verfall des Gesteins, sondern beispielsweise auch durch von außen in den Bohrbereich eindringendes Wasser gebildet wird. Während eine Wasserschicht die Zufuhr von Wärme in ausreichender Größe von einer Strahlflamme her gegebenenfalls verhindert, trifft dies bei Verwendung eines Elektronenstrahls nicht zu, >da die Energiedichte eines Elektronen- oder Ionenstrahls groß genug ist, um jede in die Wärmeaustauschζone einströmende Wassermenge zu verdampfen. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Gestein zu schneiden und zu bohren, das bisher jedem herkömmlichen Bohren mittels des die Sauerstoff-Strahl!laixna verwendenden Strahl-Durchbohrungsverfahrens widerstanden hat. Insbesondere beim Ausarbeiten von Tunneln kann der Strahl angewinkelt auf die Tunnelfläche gerichtet werden, so daß sich dann dreieck-

, „ anschließend formige Stücke entfernen lassen. Daran/können dann Segmente der Tunnelfläche herausgeschnitten werden.

Es ist zu betonen, daß man beim Arbeiten mit einem Korpuskularstrahl nicht allein oder auch nur vorwiegend auf Wärmeleitung angewiesen ist, wenn Gestein zerkleinert werden soli» Vielmehr dringen die Elektronen oder Ionen unabhängig von der Wärmeleit-

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ffthigkeit des Gesteins selbst oder einer gegebenenfalls bei der Zerlegung des Gesteins gebildeten Oberflächenlage in das Gestein ein, wobei sie auch ihre Energie ebenso unabhängig abgeben. Ein Elektronenstrahl läßt sich mit Erfolg zur Durchführung eines sog. "Schmelzschnittes" einsetzen, wie das auch schon praktisch durchgeführt wurde. Das Gestein wird geschnitten, indem ein schmaler und tiefer Schlitz mit Hilfe des Elektronenstrahls eingeschmolzen wird. Ein typischer Schnitt dieser Art kann etwa 5 cm tief und 3 - 10 mm breit sein. Während sich dieses Schmelzschneid-Verfahren für jede Gesteinsart, ob weich oder hart, einsetzen läßt, gibt es besondere Gesteinsarten, die auch infolge von Wärmespan*· nungen springen. In diesem Fall haben die üblicherweise gebrauchten Elektronenstrahlen eine Strahlspannung von 150 kV und dienen dann dazu, zunächst von der Oberfläche aus ein Loch zu bohren oder einen Schlitz durch Schmelzschneiden herzustellen, so daß die Energie langsam tiefer und tiefer unter die Oberfläche des Gesteins gefördert wird. Die der Wand und durch die Wand des Loches oder des Schlitzes zugeführte Wärme führt schließlich dazu, daß selbst große Gesteinsbrocken infolge von Wärmespannungen zu großen Stücken zerplatzen.

Das Schneiden oder Trennen mit Hilfe von Elektronenstrahlen ist wirksamer als das Schneiden mit Flammen, weil die Schnitte enger gehalten werden können; es ist naturgemäß unwirtschaftlich, bei der Zerkleinerung große Gesteinsraengen zu schmelzen. Mit Hilfe von zwei tiefen, einen Winkel einschließenden Einschnitten können große Materialblöcke aus einer Gesteinsfläche herausgetrennt werden, wobei nur ein Bruchteil dieses Gesteinsvolumens geschmolzen zu werden braucht.

Ein Elektronenstrahl hat die Eigenschaft, daß seine Elektronen, wenn der Strahl auf einen Absorber trifft, ihre Energie über eine Eindringtiefe verlieren, deren Größe von dem Absorber abhängt. Diese Strecke wird als Bereich bezeichnet. Der Hauptanteil der je Volumeneinheit freigegebenen Energie wird nicht an der Oberfläche des Absorbers, sondern in einer Tiefe von etwa 1/3 bis 2/£ des Bereiches abgegeben. Die Energieverteilung über die Tiefe erfolgt

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entsprechend der sog. Tiefendosis oder Energiefreigabefunktion. Je höher die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahles, d. h. die kinetische Energie der Elektronen des Strahles ist, desto weiter unterhalb der Fläche des Absorbers liegt der Scheitel dieser Energiefreigabefunktion. Für 150 kV-Strahlen befindet sich der

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Scheitel der Energiefreigabefunktion etwa 2 - 3 χ 1O~ g/cm unter· halb der Oberfläche. Für Elektronenstrahlen von 5-50 Millionen V

2 liegt der Scheitel in einer Tiefe von 2-10 g/cm entsprechend einer linearen Tiefe von 0,2 - 0,6 cm.

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P Die Tiefe wurde vorstehend in g/cm ausgedrückt, um die Dichte des

2 Absorbers zu berücksichtigen. Der vorstehend in g/cm angegebene Wert ist die Eindringtiefe multipliziert mit der Dichte, d. h.

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Tiefe in cm χ g/cm = Tiefe in g/cm .

Bei Gesteinsarten, die infolge Wärmespannungen platzen bzw. eine Spaltung erfahren, ist es vorteilhaft, mit Elektronenstrahlen zu arbeiten, deren Spannung so hoch wie das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung möglich ist, z,, um ein Maximum an Energiefreigabe tief unter der Oberfläche ohne unnötige Aufheizung der Oberfläche zu erhalten. Diese Energiefreigabe unterhalb der Oberfläche ähnelt einer kleinen Explosion unter der Oberfläche. Sie hebt die Oberflächenschichten mit einem Minimum an Energie- * verlust an die Oberflächenschichten an. Sie ruft Zugspannungen in den Oberflächenschichten hervor, und alle Gesteinsarten sind gegenüber Zugspannungen wesentlich weniger widerstandsfähig als gegenüber Scher- oder Druckspannungen. Durch einen derartigen Einsatz von Elektronenstrahlen wird der oben erwähnte Vorzug von Elektronenstrahlen gegenüber Flammen oder Plasmabrennern beibehalten,, da keine Abhängigkeit von Wärmeleitung, Wärmeleitparametern oder dergleichen besteht. Wo immer dieses thermische Aufspalten des Gesteins von innen her nach außen sich einsetzen läßt, führt es zu einer viel günstigeren Ausnutzung der Energie als das beim Schmelzen großer Volumina der Fall ist. Um aus dieser Anwendungsmöglichkeit der Erfindung den vollen Nutzen zu ziehen, wird vorteilhafterweise mit Elektronenstrahlspannungen gearbeitet, die so hoch wie möglich sind. Zum Aufbrechen von Gestein, das gegenüber

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Wärmespannungen empfindlich ist bzw. sich spalten läßt, werden Spannungen von 1 Million bis 100 Millionen V eingesetzt. Dabei können die Elektronenstrahlen auch gepulst werden. Die Energie für jeden einzelnen Strahlimpuls kann so gewählt werden, daß das Gestein nicht schmilzt, aber genügend Energie vorhanden ist, um ein bestimmtes Volumen ausreichend weit unterhalb der Oberfläche soweit zu erhitzen, daß das Gestein springt oder platzt, ohne aber zu schmelzen. Je kürzer (für eine bestimmte Energie) der Strahlimpuls ist, desto besser ist die Energieausnutzung, weil die Verluste infolge Wärmeleitung einen langsamen, diffusen Vorgang darstellen. Elektronenstrahlen eignen sich besonders gut Ur eine feine Steuerung der Energieabgabegeschwindigkeit sowie der Gesamtenergie.

In Durchführung der Erfindung kann auch ein Glaskörper oder dergleichen in Abschnitte zertrennt werden. Dieses Zertrennen läßt sich in besonders wirksamer Weise unter Wasser mit einer Vorrichtung durchführen, die in der Lage ist, konzentrierte Elektronenstrahlen hoher Energie abzugeben, Die Strahlauslaßdüse der Vorrichtung ist etwa 3 mm bis 12 ram von der Oberfläche des Glaskörpers entfernt. Zur Herstellung eines Schnittes wird das Glas im Verhältnis zu dem Strahl mit einer Geschwindigkeit von 25 - 150 cm/min bewegt.

Wird der Körper, beispielsweise eine Fensterscheibe, vorerhitzt, so kann er in Luft geschnitten werden, jedoch entsteht an der Schnittstelle eine abgerundete Wulst.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 teilweise schematisch einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig, 2-7 ähnliche Ansichten wie Fig. 1 von weiter abgewandelten Ausführungsbeispielen der Erfindung.

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Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Korpuskularstrahls E, der in die Atmosphäre austritt und ein Werkstück W beaufschlagt, das von einer zu schneidenden, zu zerkleinernden oder aufzubrechenden Steinformation gebildet wird. Der Strahl E ist stark vergrößert wiedergegeben.

Die Vorrichtung weist einen Strahlgenerator 11 auf, bei dem es sich typischerweise um einen herkömmlichen Elektronenstrahlgenerator handeln kann. Der Generator 11 steht mit einem Zentralrohr 13 in Verbindung, das aus Kupfer oder Wolfram bestehen kann und W durch dessen Mitte der Strahl sich fortpflanzt. Das Zentralrohr 13 geht in eine düsenartige Öffnung 15 über, durch die der Strahl E in die Atmosphäre austreten kann. Die düsenartige Öffnung 15 ist von einem ringförmigen Mantel 17 umgeben, der aus Stahl oder Eisen bestehen kann und zur magnetischen Abschirmung dient. Dieser Mantel 17 geht an seinem unteren Ende in eine über die öffnung 15 hinausragende düsenartige Öffnung 19'über. Der konische Zwischenraum 21 zwischen der Öffnung 15 und der Innenfläche der Öffnung ist eingeschnürt, um so eine Düsen- bzw. Strahlwirkung herbeizuführen.

Über ein Einlaßrohr 23 wird dem Mantel 17 Wasser oder Dampf zugeführt. Das Wasser kann mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,1 10 1/sec bei einem Druck von etwa 1-5 atü zugeführt werden, während der Dampf mit einer Geschwindigkeit von etwa 22,7 - 454 p/sec (0,05 - 1 pound/sec) und mit einem Druck von etwa 0,2 - 10 atü zugeführt werden kann. Der Dampf- oder Wasserstrahl erzeugt in dem Bereich zwischen der düsenartigen Öffnung 15 und dem Werkstück W ein Teilvakuum und hält gleichzeitig auch in dem Zentral rohr 13 ein Teilvakuum aufrecht. Um mit Sicherheit auszuschließen, daß Luft aus der Atmosphäre in das Rohr 13 zurückgelangt, wird durch die Zuleitung 24 ein inertes Gas zugeführt, dessen Zustrom über ein Nadelventil 26 gesteuert wird. Die Schneidfront 25 des in das Werkstück W eindringenden Strahles E wird durch das Teilvakuum zwischen der Öffnung 15 und der Zone der Reaktion zwischen dem Strahl E und dem Werkstück W verlängert. Darüber hinaus ist der Gesamtquerschnitt des Rohres 13 und des Mantels 17 klein, so

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daß der Mantel 17 mit dem Rohr 13 in das Werkstück W eindringen kann. Es läßt sich dann ein Schnitt 27 mit einer Breite von etwa 3 mm bis etwa 12 mm herstellen. Soweit Wasser verwendet wird, wird der beim Schneiden auftretende Abfall durch den Wasserstrahl weggespült.

Wenn Wasser durch den Mantel 17 strömt, so ergibt sich die das Teilvakuum erzeugende Strahlpumpwirkung aus dem Austritt des Wassers durch den eingeschnürten Bereich der düsenartigen Öffnung 19, die in dem konischen Endabschnitt des äußeren Mantels 17 liegt. Das innere Rohr 13 mündet an seinem unteren Ende in einen konischen Bereich aus, an dessen Spitze sich die düsenartige Öffnung 15 befindet. Infolge der konischen Gestaltung im Bereich der öffnungen 15 und 19 erfährt der für die Wasserströmung zur Verfügung stehende Kanal in dem konischen Bereich eine Verengung. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers erhöht, so daß durch die Öffnung 19 ein Wasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit tritt. Dieser Wasserstrahl hoher Geschwindigkeit hindert atmosphärische Luft daran, in die Öffnung 19 einzudringen. An der Rückseite der Strömungslinien des Wassers steht die Öffnung 15 mit ^nitiera Gebiet niedrigen Drucks in Verbindung, da sämtliche Wassermoleküle eine beträchtliche Geschwindigkeit in Abwärtsrichtung besitzen. In der Tat übt der Wasserstrahl auf die Öffnung 15 die gleiche Pumpwirkung aus wie das längs seines Umfangs in einer herkömmlichen Wasserstrahl-Vakuumpumpe der Fall wäre. Wie ersichtlich, wird innerhalb des inneren Rohres ein Halbvakuum geschaffen. Der Vakuumwert, auf den das innere Rohr evakuiert wird, hängt naturgemäß von den jeweiligen Strömungsverhältnissen des Wasserstrahls ab. Mit kaltem Wasser kann ein Vakuum in der Größenordnung von 15 - 20 Torr erreicht werden.

Höhere Vakua lassen sich erzielen, wenn statt mit Wasser mit Dampf gearbeitet wird.

Wenn die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung mit Dampf arbeitet, kann in dem inneren Rohr ein Halbvakuum in der Größenordnung vor 1 Torr oder weniger erreicht werden. Das Halbvakuum im inneren Rc· w kann

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mit Hilfe von Gas auf einem bestimmten Wert gehalten werden, das über die Zuleitung 24 zugeführt wird, wobei das Nadelventil 26 eine Einstellung der jeweils zuzuführenden Gasmenge ermöglicht.

Die mit Fig. 1 veranschaulichte Vorrichtung kann mit einem sehr kleinen Gesamtdurchmesser gebaut werden. Das innere Rohr 13 braucht beispielsweise nur einen Innendurchmesser zu haben, der gerade weit genug ist, um den Durchtritt des KorpuskularStrahls E zu gestatten. Dazu reicht ein Durchmesser aus, der bis zu 3 mm klein sein kann. Der Durchmesser des Mantels 17 kann dann in der Größenordnung von 12 mm liegen. Da die von dem Wasserstrahl oder dem Dampfstrahl hervorgerufene Pumpwirkung am unteren Ende des inneren Rohres 13 stattfindet, strömt kein Gas durch das innere Rohr, so daß sein Durchmesser auch nicht auf die Aufnahme eines Gasstroms abgestimmt zu sein braucht. Diese Situation unterscheidet sich von dem Fall, wie er in einem Strahlübertragungssystem (beam transfer system) mit konzentrisch angeordneten Pumpleitungen auftritt.

In dem Halbvakuum innerhalb des inneren Rohres 13 kann der Strahl E nennenswerte Strecken ohne unzulässige Dämpfung durchlaufen. Mit Rücksicht auf das zwar schwache,aber unvermeidliche Streuen von Partikeln gegen die Wandung des inneren Rohres 13 empfiehlt es sich, das innere Rohr aus einem hitzebeständigen Material mit guter thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder Wolfram, herzustellen. Um eine bessere Korrosionsbeständigkeit zu erhalten, kann ein mit Wolfram plattiertes Kupferrohr oder Tantal oder Molybdän verwendet werden. Dabei ist es vorteilhaft, daß das innere Rohr von dem innerhalb des Mantels 17 strömenden Wasser oder Dampf gekühlt wird. Infolge dieser Kühlung können das Rohr und der Mantel 17 viel länger ausgeführt werden, als das ohne diese Kühlwirkung möglich wäre.

Mit Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, bei dem ein inneres Rohr 31 mit einer Kapillaröffnung 33 versehen ist, durch die der Strahl E zu dem Werkstück W gelangt. Der Strahl tritt durch die untere düsenartige Öffnung

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eines zur Erzeugung des Korpuskularstrahls dienenden Systems 35 aus, das in einer mit Hilfe eines Pumpsystems 39 evakuiert gehaltenen Kammer 37 untergebracht ist. Das Rohr 31 steht mit der Kammer 37 in Verbindung und führt den Strahl E. Der Strahl E wird durch eine Linse 41 fokussiert, so daß in der Kapillaröffnung 33 ein Brennpunkt 43 entsteht. Ein ringförmiger Kanal 49 umgibt das innere Rohr 31, durch das Wasser, Dampf, Luft oder ein anderes Flud gefördert wird, so daß es in dem eingeschnürten konischen Bereich 45 zwischen der Kapillaröffnung 33 und einer Düsenöffnung 47 zu einer Strahlpumpenwirkung kommt.

Die Kapillaröffnung 33 kann einen Durchmesser von zwischen 1 mm und 2 mm sowie eine Länge von zwischen 12 mm bis 50 mm haben. Durch den gegen den atmosphärischen Druck arbeitenden Wasser- oder Dampfstrahl wird in der Kapillaröffnung 33 ein reduzierter Druck p- erzeugt. Der weitere Bereich des Rohres 31 kann einen Durchmesser von etwa 12 mm aufweisen. An seinem oberen Ende ist das Rohr 31 mit der Kammer 37 vereinigt. Durch das Pumpsystem 39 wird der Druck in dem weiteren Bereich des inneren Rohres 31 reduziert, so daß am unteren Ende ein Druck p_, am oberen Ende ein Druck ρ«¹ und an der Übergangsstelle zwischen Kammer 37 und Pumpsystem 39 ein Druck ρ " herrscht. Infolge der von der engen Kapillaröffnung 33 am Ende des inneren Rohres 31 hervorgerufenen Strömungsbegrenzung ist der Druck p„ niedriger als der Druck ρ .

Der Abschnitt des Strahles durch das innere Rohr 31 wird als Drift-Länge L bezeichnet. Der Druck längs der Drift-Länge L wird durch das Vakuum-Pumpsystem 39 und durch die enge Kapillaröffnung 33 am unteren Ende des inneren Rohres 31 verringert. Die Streuung des Strahls E längs der Drift-Länge L ist geringer als in dem entsprechenden Teil der Vorrichtung der Fig. 1. Während die Gesamtlänge des geschwächten Teils der Vorrichtung der Fig. 1 60-90 cm beträgt, kann die Vorrichtung der Fig. 2 insgesamt eine Drift-Länge L in der Größenordnung von 180 - 360 cm haben. Ein automatisches Strahlrichtsystem, das in der Zeichnung zwar nicht dargestellt/ aber zum Stand der Technik gehört, kann verwendet werden, um den Strahl E in döm Rohr 31 und der Kapillaröffnung 33 zu

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zentrieren.

Fig. 3 weist eine zweite Kapillaröffnung 51 auf, die im Abstand von der Kapillaröffnung 33 angeordnet ist. Zwischen der Kapillaröffnung 51 und der Kapillaröffnung 33 liegt eine Kammer 53, in dir· eine kleine Menge eines (normalerweise inerten) Gases über eine Leitung 55 eingespeist werden kann.

Die zweite Kapillaröffnung 51 sorgt dafür, daß der Druck p~ (durch Drosslung des Pumpsystems 39 ο. dgl.) höher als der Druck p- gehalten werden muß. p^ ist der Enddruck der Saugpumpenanordnung. Wenn p„ nicht wesentlich höher als p- ist,, wird Flud von dem ringförmigen Kanal 49 in das der DriftrLänge L entsprechende Gebiet eingezogen. Das in die Kammer 53 eingespeiste Gas gewährleistet, daß der Druck p« größer als der Druck p-. ist. Dieser Aufbau gewährleistet auch eine genau definierte Gaszusammensetzung in der Kammer 37, in der es zu keiner Wasserdampfbildung kommt.

Bei einem weiteren, mit Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Erfindung umgibt den Kanal 49 ein zweiter ringförmiger Kanal 61. Der zweite Kanal 61 mündet in eine konische Düse 63 aus, die zwischen sich undder Düsenöffnung 47 einen weiteren eingeschnürten kontehen Bereich 65 einschließt. Dem äußeren ringförmigen Kanal 61 wird Wasser mit dem oben angegebenen Druck und mit der oben erwähnten Geschwindigkeit zugeführt, während der innere Kanal 49 bei den oben angegebenen Drücken und Geschwindigkeiten mit Dampf gespeist wird.

Der Wasserstrahl arbeitet gegen atmosphärischen Druck, wobei in seinem rückwärtigen Sogbereich ein Druck in der Größenordnung von 20 Torr herrscht. Der Dampfstrahl arbeitet gegen den im Sogbereich des Wasserstrahls herrschenden Druck von 2O Torr und pumpt daher das Gas aus dem inneren Rohr 31 mit einem größeren Wirkungsgrad; typischerweise kann der Druck p- am unteren Ende des inneren Rohres von dem mit einem einstufigen Dampfstrahlsystem (Fig. 3) erzielbaren Druck von einigen Torr mit diesem zweistufigen Strahlsystem auf einen Druck von weniger als 0,1 Torr herabgesetzt

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werden. Der Dampf des inneren Strahles mischt sich mit dem Wasser des äußeren Strahles, ohne daß dabei irgendwelche Probleme entstünden. Dabei muß darauf geachtet werden, daß das konzentrisch zu dem Dampf des inneren Strahles strömende Wasser des äußeren Strahles keine so weitgehende Kühlwirkung auf den Dampf ausübt, daß es zu einer Kondensation kommt. Das kann durch Anordnung einer ausreichenden thermischen Isolierung (nicht dargestellt) zwischen den Kanälen 49 und 61 vermieden werden.

Bei einem weiteren, mit Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Teilvakuum von einem wandernden Brenngas wie in einem Azetylenbrenner erzeugt. Die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist ein inneres Rohr 71 auf, durch das sich der Strahl E erstreckt und das, ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4, mit Kapillarabschnitten 73 und 75 versehen ist. Das innere Rohr 71 ist von hohlzylindrischen Kanälen und 79 umschlossen. Durch den inneren Kanal 77 wird ein Brennstoff wie beispielsweise Methan, Wasserstoff, Alkohol, Benzin, Azetylen zugeführt, während durch den äußeren Kanal 79 Sauerstoff in flüssiger oder Gasform bzw. Luft geleitet wird. Der äußere Kanal 79 ist mit einem einspringenden Abschnitt 81 versehen, der zusammen mit der konischen Öffnung 84 des Kanals 77 eine Einschnürung 83 begrenzt. Der einspringende Abschnitt 81 mündet in eine Mischkammer 85, in der der Brennstoff und der Sauerstoff gemischt werden. Der Brennstoff wird beim Austritt aus der Kammer 85 gezündet und erzeugt durch Strahlpumpenwirkung zwischen der Mündung und der Reaktionszone ein Vakuum. Das Vakuum wird durch die von der Flamme erzeugte Hitze verbessert. Der die Vorrichtung verlassende Korpuskularstrahl E ist lang und hat eine große Eindringtiefe.

Die schnelle Ausdehnung des Gases bei dem Verbrennungsprozeß erzeugt eine wirksame Strahlflamme, die aus der Düse 87 austritt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, d. h. der Druck, mit dem das Gas zugeführt wird, richtig eingestellt ist, strömt das Gas der Mischkammer 85 nach unten aus der Düse heraus, so daß die Flamme nach außen hin, nicht aber zurück zum inneren Rohr <■. ,η brennt. Die Brennwirkung und die Ausdehnung des Gases bei ?-sm Ver-

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bronnungsvorgang werden zur Erzielung einer zusätzlichen Pumpwirkung mit Hilfe des Gases ähnlich der Pumpwirkung bei einer Strahlpumpe ausgewertet. Im Betrieb kann entweder die Vorrichtung im Verhältnis zu dem Werkstück W oder aber das Werkstück W im Verhältnis zu der Vorrichtung bewegt werden. Die Vorrichtung wird so gehalten, daß das Rohr 71 und die Kanäle 77 und 79 (sowie der Strahl E) gegenüber dem Werkstück einen kleinen voreilenden Winkel aufweisen, d. h. die Vorrichtung ist in Richtung des noch ungeschnittenen Werkstückes W geneigt, wie das in Fig. 5 gezeigt ist. Der Pumpstrahl der vorstehend erläuterten Vorrichtung kann so gestaltet sein, daß er außerhalb der Düse einen leistungsfähigen Strahl hoher Geschwindigkeit erzeugt, der leistungsfähiger ist, als das für die Pumpwirkung selbst benötigt wird. Die hydrodynamische Leistung dieses Strahls kann dann vorteilhaft zur Unterstützung der Schneidwirkung des Korpuskularstrahls E selbst verwendet werden. Der Strahl bläst das von dem Korpuskularstrahl geschmolzene Material beiseite und verhindert damit dessen Wiederverfestigung bzw. das Auftreten von die Strahlausgangsdüsen beeinträchtigenden Störungen.

Der Hochdruckwasserstrahl kann ebenso wie beispielsweise eine Wasserstoff-/Sauerstoffflamme unter Wasser aufrechterhalten werden. Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ist in der Lage, Stein ebenso unter Wasser wie in Luft zu schneiden.

Fig. 6 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung der Pumpwirkung, bei der der Gasstrom zwischen einer Auslaßdüse 141 der Vorrichtung und dem Werkstück W mittels einer Plasmaflamme oder eines Plasmastrahls 143 gedämpft bzw. geschwächt wird.

Die Vorrichtung der Fig. 6 weist ein System 145 zur Erzeugung eines KorpuskularStrahls E auf, das einmal eine Stufe 147, in der der Strahl E erzeugt wird, ferner eine Endstufe 149 enthält, durch die der Strahl E über unterschiedlich gepumpte Kammern 151 und 153 in die Atmosphäre geleitet wird. Die Vorrichtung der Fig. 6 umfaßt ferner einen Y-förmigen Plasmagenerator 161. Der Brenner hat hohle Arme 163 und 165, die in Elektroden 167 und 169 ausmünden, zwischen

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denen ein zur Ausbildung eines Lichtbogens ausreichendes Potential wirksam ist. Die Elektroden 167 und 169 sind gegenüber den zugehörigen Armen 163 und 165 mittels Isolierringen 171 bzw. 173 isoliert. Durch eine Zuleitung 175 wird dem Arm 165 ein geeignetes Gas zugeführt, das unter einem überatmosphärischen Druck steht. Ebenso kann Gas durch den Arm 163 zugeführt werden. Das Gas kann inert sein, beispielsweise Helium, Argon oder Stickstoff oder ein Gemisch aus diesen Gasen mit weiteren Gasen wie beispielsweise Argon und Wasserstoff. Die Arme 163 und 165 sind mit der Kammer 153 dicht verbunden und bilden einen Teil dieser Kammer.

Ein Austrittsstutzen 181 des Generators 161, der normalerweise wassergekühlt ist und eine erhebliche Länge hat, ist koaxial zu der Düse 141 angeordnet und kann tatsächlich die Düse sein. Der Strahl E läuft durch die Mitte des Auslaßstutzens 181 und damit durch den Plasmastrahl 143.

Bei Betrieb dieser Anordnung wird zunächst ein Lichtbogen zwischen den Elektroden 167 und 169 gezündet, so daß Plasma durch den Austrittsstutzen 181 gelangt, das den Lichtbogen einschnürt. Die Strahl-Auslaßdüse 141 des Systems 145 ragt in den Austrittsstutzen 181. Der Strahl E tritt durch den Stutzen 181 koaxial mit dem Plasmastrahl 143 aus. Das aus dem Auslaßstutzen 181 ausdringende Plasma ruft eine Strahlpumpemvirkung hervor und heizt das Gas zwischen der Auslaßdüse 141 und dem Werkstück W auf.

Fig. 7 zeigt eine abgewandelte Vorrichtungfcur Erzeugung eines Elektronenstrahls E in der Atmosphäre, die ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 211 mit einer Stufe 213 aufweist, in der der Elektronenstrahl E erzeugt wird, sowie die herkömmliche Endstufe 215, durch die der Strahl E über unterschiedlich gepumpte Zwischenkammern 217 und 219 in die Atmosphäre gebracht wird. Die eine Kammer 217 wird über ein Rohr 218 abgepumpt. Bevor der Strahl E in·die Atmosphäre eindringt, gelangt er in die zweite Zwischenkammer 219, in die Gas mit überatmosphärischem Druck durch ein Rohr 221 eingeleitet wird. Das Gas und der Strahl E treten durch die Düse 223 aus, von wo aus der Strahl E dann das zu schneidende

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Werkstück W beaufschlagt, bei dem es sich um Stein, Glas oder dergl. handeln kann.

Wo der Schnittvorgang unter Wasser ausgeführt werden soll, hindert der in der Zwischenkammer 219 herrschende Druck das Wasser daran, in das Innere des Strahlerzeugungssystems einzudringen. Der Di'uck des durch das Rohr 221 zugeführten Gases kann hoch genug eingestellt werden, um den Wasserdruck zu übersteigen, wenn die Schneidarbeit in erheblicher Tiefe unter Wasser erfolgen soll,

fc Unterhalb der Strahlauslaßdüse 223 ist zwischen der genannten Düse 223 und dem Werkstück W eine weitere Düse 231 angeordnet, die mit einer Fludquelle 233 verbunden ist, von der aus sie mit einem Flud wie Wasser, Dampf oder Gas versorgt wird. Ein Hochdruckstrahl dieses Fluds ist seitlich auf die Reaktionszone 235 des Strahls E und des Werkstücks W gerichtet, der dabei den geschmolzenen Stein oder Lava, das pulverisierte Material und Dämpfe, wie sie beim Schneiden entstehen, wegbläst. Dadurch wird verhindert, daß es zu einer Verstopfung der Düse 223 bzw. zu einem Eindringen der Abfallstoffe in das System 211 kommt. Das geschmolzene Material wird somit durch die von dem Fludstrahl ausgeübten hydrodynamischen Kräfte.weggeblasen, und die Schneidwirkung wird verbessert. Der Strahl verhindert eine Wiederverfestigung des Steinmaterials in

ψ Glasform. Da der Gasstrahl unter einem nahezu rechten Winkel auf den Elektronenstrahl E bläst, hindert er auch aus dem Stein herausgeschleudertes Material daran, die Düse 223 zu erreichen.

Wenn man aus der Düse 231 einen Wasserstrahl austreten läßt, kann die von diesem Strahl auf das Werkstück W ausgeübte Kühlwirkung sich als unerwünscht erweisen, da der Schneidvorgang an sich auf Erhitzung und Schmelzen des Steins durch den Korpuskularstrahl beruht. Dieser Schwierigkeit kann durch eine intermittierende Wirkung begegnet werden, indem der Elektronenstrahl einerseits und der Wasserstrahl andererseits abwechselnd eingeschaltet werden. Statt dessen kann auch der Elektronenstrahl E intermittierend betrieben werden, während der Strahl kontinuierlich arbeitet, um das Schneidgebiet ausreichend sauber halten zu können. Wenn genug

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Steinmaterial geschmolzen worden ist, kann ein Gasstrahl in bestimmten Intervallen durch einen starken Wasserstrahl ergänzt werden, der das flüssige Material abtransportiert und gleichzeitig durch seine abschreckende Wirkung thermische Spannungen erzeugt. Ebenso kann auch der Wasserstrahl intermittierend gepulst, der Elektronenstrahl dagegen kontinuierlich zugeführt werden. Die letztgenannte Betriebsart wird in Verbindung mit dem oben erwähnten sog. "thermischen Sprengen" ("thermal blasting") angewendet. Der Elektronenstrahl wird stationär gehalten, um in die Steinfläche ein tiefes Loch zu bohren. Ein Fludstrahl wird aufrechterhalten, um das herausgeschleuderte Steinmaterial an einer Beeinträchtigung oder Beschädigung der Düse des Elektronenstrahlerzeugungssystems zu hindern. Nachdem mit Hilfe des Elektronenstrahls ein Loch von der gewünschten Tiefe gebohrt worden ist, wird in dieses Loch ein Wasserstrahl gerichtet, um die weißerhitzten Wände dieses Hohlraumes abzuschrecken. Der resultierende thermische Stoß schwächt oder zerreißt das Werkstück W, Dieser Vorgang kann wiederholt werden, indem das Elektronenstrahlerzeugungssystem an eine neue, einige Zentimeter von der ersten Stelle entfernte Stelle verschoben xind dann der ganze thermische Sprenrrprozeß von neuem vorgenommen wird.

Der von der Düse 231 austretende Strahl wird durch eine Strahlsteuerung 237, der Elektronenstrahl E dagegen durch eine Elektronenstrahlsteuerung 239 gesteuert. Die Steuerungen 237 und 239 können so eingestellt werden, daß der Fludstrahl einerseits und der Elektronenstrahl andererseits kontinuierlich oder aber intermittierend bzw. bezüglich des Fludstrahles abwechselnd als Gasstrahl oder als Wasserstrahl bzw. umgekehrt ausgestoßen werden. Der Elekti'onenstrahl und der Fludstrahl können während abwechselnder intermittierender Intervalle zugeführt werden. Die Intervalle, während der der Strahl E zugeführt wird, dauern lang genug, um mit nennenswerter Tiefe in das Werkstück W einzuschneiden, und das Intervall, während dessen der Fludstrahl zugeführt wird, dauert lang genug an, um die Erzeugnisse der Reaktion wegzublasen. Diese intermittierenden Intervalle können einander überlappen. Statt dessen kann auch der Elektronenstrahl intermittierend, der

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Fludstrahl dagegen kontinuierlich sein. In diesem Fall sollten die Elektronenstrahlimpulse lang genug andauern, um Schnitte ausreichender Tiefe zu erhalten. Der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen soll groß genug sein, um die Reaktionsprodukte jeweils vor einem neuen Schnitt abblasen zu können. Es kann auch der Fludstrahl intermittierend und der Elektronenstrahl E kontinuierlich sein. In diesem Fall sollen die Fludstrahlimpulse häufig genug auftreten und lang genug andauern, um die Reaktionsprodukte abblasen zu können, so daß es zu keiner Verstopfung der Düse 223 oder zu einem Eindringen in das System 211 kommen kann. Größere Mengen der Reaktionsprodukte sollten sich nicht ansammeln können.

Es ist wünschenswert, die Dichte des Gases zwischen der Strahlauslaß-Düse der strahlerzeugenden Anordnung niedrig oder das Gas ausgedehnt (attenuated) zu halten. Das Gas wird durch den Elektronenstrahl aufgeheizt, so daß seine Dichte sich verringert. Das von dem Elektronenstrahl durchsetzte Gasvolumen ist jedoch sehr klein und wird fortlaufend durch turbulente Gasbewegung ersetzt, so daß auch der Gesamteffekt klein ist. Um die Ausdehnung nennenswert zu verbessern, ist es wünschenswert, dieses Gas mit einer Flamme oder einem Flammenbogen aufzuheizen. Die Gesamtenergie der Flamme braucht dabei auch nicht entfernt der Energie in dem Elektronenstrahl zu entsprechen. Da die Wärmekapazität des Gases niedrig ist, ist die zu seiner Aufheizung - selbst auf sehr hohe Temperaturen erforderliche Gesamtenergie nicht groß. Mit einem modernen Plasmabrenner wie er für das Schneiden von Metall verwendet wird, kann man Gastemperaturen in der Größenordnung von 6000° K erreichen. Dies entspricht einer Herabsetzung der Gasdichte von 1/20 und dementsprechend einer Verringerung der Energie- und Streuverluste in dem Elektronenstrahl um 1/20. Der Arbeitsabstand zwischen dem Elektronenstrahlsystem und dem Werkstück kann daher bis auf 25 nun erhöht werden. Hinzu kommt, daß das heißere Gas eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit in die unterschiedlich gepumpten Kammern 219 des Elektronensystems mit sich bringt und damit die Anforderungen an die Pumpkapazität herabsetzt.

Die Vereinigung einer Flamme oder von Plasma mit dem Elektronen-

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strahl stellt nicht lediglich eine reine Addition der durch beide Systeme zur Verfügung gestellten Leistungen dar. Typischerweise kann eine Flamme Hitze an ein Werkstück W nur durch Wärmeleitung abgeben. Dabei handelt es sich jedoch um einen verhältnismäßig langsamen und auch sonst nur beschränkt anwendbaren Vorgang. Demgegenüber gibt ein Elektronenstrahl seine Energie an ein Werkstück ab, indem Elektronen in bis zu 1000 Atomlagen eindringen, ohne dabei auf irgendeine Form von Leitung oder einen Diffusionsvorgang angewiesen zu sein. Es besteht ferner ein charakteristischer Unterschied zwischen der Energiezufuhr bzw. dem Energiefluß ,je Flächeneinheit bei einem Elektronenstrahl einerseits und einer Flamme andererseits. Die Energieflußdichte eines Elektronenstrahles liegt viele Größenordnungen höher als die Energieflußdichte selbst des heißesten Plasmabrenners. Auch wird eine Flamme durch die Vorgänge, die sich auf der Oberfläche des von der Flamme beaufschlagten Werkstückes abspielen, beeinflußt, während dies für einen Elektronenstx'ahl nicht zutrifft. Die Elektronen werden weder durch von der Werkstückoberfläche ausgehende Dampf- noch Staubwolken angehalten. Wenngleich die Wärme einer Plasmaflamme sich auf den Schneidvorgang günstig auswirkt, so darf trotzdem nicht übersehen werden, daß die Flamme hauptsächlich dazu dient, einen größeren Arbeitsabstand zu erhalten.

Eine durch Verbrennung von Methan (CII₄), Azetylen (CgH₂), Wasserstoff oder anderen in Verbindung mit Luft oder Sauerstoff brennbaren Werkstoffen erzeugte Flamme zur Ausdehnung (to attenuate) des Gases kann dui'ch die Düse 231 oder über eine weitere, für diesen Zweck vorgesehene Düse (nicht dargestellt) ausgesandt werden. Eine solche Düsenanordnung könnte den üblichen Mehrfachring-Aufbau haben, wie er für Azetylenbrenner typisch ist. Die Flamme kann

auch in der Weise erhalten werden, daß das brennbare Gas und der Sauerstoff durch die Endstufe 215 der Fig. 7 umgebende Ringräume zugeführt werden. In diesem Fall wird der Brennstoff über einen inneren Ring, der Sauerstoff dagegen durch einen äußeren Ring eingespeist.

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Zur weiteren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung werden nachstehend noch einige praktische Ausführungsbeispiele erwähnt:

Beispiel I

Ein Elektronenstrahl von 140 - 150 kV und 5 kW wurde gegen (1) eine Betonplatte, (2) einen Block aus mit grobem Kies versetztem Beton und (3) Sandstein ("Belgian stone") gerichtet. Die Stücke wurden auf einen umlaufenden Mustertisch gebracht und so gedreht, daß der Auftreffpunkt des Strahls mit einer Geschwindigkeit von 10 - 18 cm/min über das Material wanderte; die Bewegung wurde an

P einigen Punkten gestoppt und dann von neuem eingeleitet. In dem Beton wurde ein Kreisschnitt mit einer Tiefe von etwa 2,5 cm bei einer Geschwindigkeit von etwa 18 cm/min angebracht. An der Schnittstelle trat eine glasige Wiederverfestigung des Materials ein, aber der Beton ließ sich mit geringem Kraftaufwand längs des kreisförmigen Schnittes brechen. Der mit Kies versetzte Beton verhielt sich ähnlich. Längs der Schnittbahn entstand eine glasige Schmelze mit einer gewissen Blasenbildung. Der Sandstein zeigte nicht nur einen kreisförmigen Schnitt, sondern sprang unter der Einwirkung der Wärmespannungen an vielen Stellen. An den Enden der Schnittlinie floß eine teilweise grüne und teilweise farblose Glasschmelze aus. Bei etwa eine halbe Minute stationär gehaltenem

^ Strahl entstand eine Ausnehmung von etwa 7,5 cm Tiefe und einem Durchmesser von ca. 18 mm.

Beispiel II

Ein Sandsteinblock mit Abmessungen Von etwa 8 cm χ 10 cm χ 30 cm wurde mit einem Abstand von etwa 6 mm von der Ausgangsöffnung unter ein Strahlerzeugungssystem gebracht. Das System wurde mit einer Leistung von 9 kW bei einer Beschleunigungsspannung von 145 kV betrieben, wobei das Gas mit einer Geschwindigkeit von etwa 50OO l/h durch die Austrittsdüse gefördert wurde. Der Block wurde dabei um etwa 10 cm/min weiterbewegt.

(I) Längs der Bewegungsbahn wurde ein etwa 63 mm tiefer Schnitt hergestellt, worauf überschüssige "Lava" einen weiteren Fortgang stoppte.

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(II) Es wurde ein etwa 30 nun (1-1/4") tiefer Einschnitt hergestellt, jedoch trat der Bruch bis zu einer Tiefe von ca. 40 nun (1-5/8") und über die gesamte Breite des Steinmaterials (30 cm) auf.

(III) Eine etwa 35 mm (1-3/8") dicke Platte zeigt eine sich über die halbe Länge des Blockes (15 cm) erstreckende Sprunglinie. Mit Hilfe eines Meißels und leichtem Schlagen hebt sich über die gesamte Länge und Breite des Blockes deutlich eine etwa 35 mm starke Platte ab.

Beispiel III

In einem Abstand von etwa 3 mm (1/8") von der Austrittsdüse wurde ein etwa die Abmessungen 9 cm χ 12,5 cm χ 20 cm (3-1/2" χ 5" χ 8") aufweisender Granitblock unter ein Strahlerzeugungssystem gebracht, das mit den Werten des Beispiels II betrieben wurde, wobei das System und der beaufschlagte Block stationär gehalten wurden. Nach 20 see Betriebsdauer brach der Block durch. Von der Oberseite des Blockes her trat "Lava" aus, die jedoch keine störende Rückwirkung auf das Strahlerzeugungssystem ausübte. Der durch das Schme!: a gebildete Hohlraum war etwa 9 cm (3-1/2") tief und hatte einen Durchmesser von etwa 16 mm (5/P").

Beispiel IV

In einem Abstand von etwa 9,5 mm von der Austrittsdüse wurde eine Betonplatte mit Abmaßen von etwa 0,48 cm χ 10 cm χ 12,5 cm (1-7/8" χ 4" χ 5") auf eine weitere Platte aufgelegt. Die Betriebswerte des Strahlerzeugungssystems waren wieder die gleichen wie beim Beispiel II. Es wurde ein Schnitt bis zu einer Tiefe von 5 cm hergestellt, wobei die Platten mit 10 cm/min weiterbewegt wurden. Der erzexigte Schnitt hatte an der Oberseite eine Breite von 8 mm, während seine Breite 2,5 cm unterhalb der Oberfläche etwa 10 mm betrug. Der Schnitt erstreckte sieb durch die obere Platte; auf der als Träger dienenden Platte waren Brennspuren sichtbar. Außerdem befand sich auf der als Träger dienenden Platte eine verhältnismäßig große Feuchtigkeitsmenge. Zu Beginn des Schnitts floß "Lava"

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- 28 aus, jedoch nicht am Ende.

Beispiel V

Ein Kalksteinblock mit Abmessungen von etwa 9 cm χ 12,5 cm χ 30 cm (3-1/2" χ 5" χ 12") wurde mittels einer entsprechend den Werten des Beispiels II betriebenen Vorrichtung geschnitten. Zu Beginn lag
der Elektronenstrahl 12,7 mm (1/2") innerhalb der Blockkante. Die Austritts- oder Auslaßdüse war 9,5 mm von der Blockoberfläche entfernt. Das Schneiden erfolgte mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 cm/min. Vor oder oberhalb, des Schnittes floß keine "Lava" aus. P Der Schnitt erschien sauber; lediglich einige mangelhafte Wärmerisse waren zu beobachten. Der Schnitt war etwa 6,5 cm (2-1/16") tief und 0,48 cm (3/16") breit.

Beispiel VI

Ein Granitblock entsprechend Beispiel III wurde unter Wasser angeordnet. Die Oberfläche befand sich 2,5 cm unter der Wasseroberfläche. Die Austrittsdüse des Elektronenstrahlerzeugungssystems
wurde in einem Abstand von etwa 3,2 mm von der Blockoberfläche in das Wasser eingetaucht.

Mit einer Leistung von 9 kW, einer Spannung von 140 kV und einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 cm/min wurde der Block ebenso wie

zuvor ein ähnlicher Block (in Luft) geschnitten, jedoch floß hier im Einschnittbereich keine glasartige Masse aus. Ein Großteil des Blockmaterials zerbröckelte infolge durch Wärmespannungen hervorgerufener Sprünge.

Beispiel VII

Eine Glasscheibe von etwa 3,2 mm Stärke wurde unter Wasser getaucht. Ein Elektronenstrahlengenerator mit einem Wert von etwa
5 kW wurde mit seiner Strahl-Auslaßdüse in das Wasser eingetaucht, so daß ein Abstand von etwa 3,2 mm - 12,7 mm von der Scheibe verblieb. Die Scheibe wurde mit 25 cm - 150 cm/min weiterbewegt. Dabei entstand ein sauberer, scharfkantiger Schnitt.

Patentansprüche;
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Claims

- 29 Patentanspr ü c h ο G> ^*-S s

1.!Vorrichtung zur Erzeugung eines zur Einwirkung auf ein Werkstück geeigneten Korpuskularstrahls in der Atmosphäre, mit einer ein Strahlerzeugungssystem, das an seinem einen Ende eine Öffnung für den Durchgang des Strahls in die Atmosphäre und zu dem Werkstück hin aufweist, aufnehmenden Vakuumkammer, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strahl (E) ein Flud zugeordnet ist, das sich mit hoher Geschwindigkeit längs des durch die Öffnung austretenden und auf das Werkstück (W) einwirkenden Korpuskularstrahls (E) bewegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer einen langgestreckten Kanal kleineren Durchmessers, durch den der Korpuskularstrahl (E) zu der Öffnung gelangt, und ein ringförmiges Element für die Führung des Fluds aufweist, das im Abstand um die langgestreckte Kammer herum angeordnet ist und koaxial zu der Öffnung ausmündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites ringförmiges Element für ein zweites Flud im Abstand von dem ersten ringförmigen Element angeordnet ist, das koaxial zu der Öffnung ausmündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen zwischen dem Strahlerzeugungssystem und der Öffnung langgestreckten Driftraum für den Strahl und zwischen dem Driftraum und der Öffnung einen Kapillarkanal aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Weg des Strahls eine Linse (41) angeordnet ist, deren Brennpunkt (43) in dem Kapillarkanal liegt.

6.'Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Öffnung umgebenden Gefäßteil ein Niederdruckbereich vorgesehen ist, der ein Einsaugen von Flud in die Kammer verhindert und dabei so niedrig ist,

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- 3ο -

daß er keine wesentliche Streuung des Strahls hervorruft.

7. Verfahren zum Schneiden von Gestein in Verbindung mit einem von einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - G erzeugten Korpuskularstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Korpuskularstrahl und ein unter hohem Druck stehendes Flud durch die Öffnung auf ein etwa von der Oberfläche einer Gesteinsformation gebildetes Werkstück (V/) gerichtet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein die ψ Öffnung enthaltendes Düsenelement etwa 3 mm - 25 mm von der Gesteinsoberfläche angeordnet, die Gesteinsoberfläche unter Wasser getaucht und ein Strahl des erstgenannten Fluds mit erheblichem Druck auf die Oberfläche gerichtet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Flud auf die Oberfläche gerichtet wird.

10. Verfahren nach Anspruch S oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flud Wasser und das zweite Flud Dampf ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flud ein Brennstoff ist und das zweite Flud Sauer-

' stoff enthält.

12. Verfahi^en nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flud ein elektrisches Plasmagas ist, das einen Plasmabogen bildet.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flud und der Korpuskularstrahl alternierend intermittierend eingeschaltet werden und da bei die Dauer von Unterbrechungen zwischen aufeinanderfolgenden Beaufschlagungen des Gesteins durch den Korpuskularstrahl so gewählt wird, daß das geschmolzene Material während dieser Dauer wirksam abgeblasen werden kann, während die Dauer der Beaufschlagung des Materials durch den Korpuskularstrahl selbst

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so gewählt wird, daß die Oberfläche wirksam durchdrungen und eingeschnitten wird.

1Ί. Vorfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Korpuskularstrahl ein Elektronenstrahl ist, dessen Beschleunigungsspannung zwischen einer Million und hundert Millionen Volt liegt und der in Form von Impulsen abgegeben wird, deren Dauer im Verhältnis zu der Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen kurz ist, und daß die Einwirkung auf das Werkstück so ist, daß dessen Material nicht schmilzt, sondern durch Wärmesprünge oder -risse zerstört wird.

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